Commission scolaire des Laurentides CORRIGÉ Physique 5041 Forme A OPTIQUE PHYSIQUE 5041 Préparé par Isabelle Lapierre PRETEST Janvier 2003 Physique 5041 Prétest (Forme A) 1. Identifiez les 3 énoncés faux et corrigez-les de façon à les rendre vrais. A. Au contact d'un objet, la lumière peut être réfléchie, réfractée ou absorbée. Elle ne peut pas subir plus d'un phénomène à la fois. B. Dans une réflexion spéculaire, les rayons incidents parallèles sont réfléchis parallèles les uns aux autres. C. Le champ visuel que permet un miroir plan varie en fonction des dimensions du miroir et de la distance qui sépare l'observateur et l'objet du miroir. D. Dans un miroir courbe, le rayon de courbure est le double de la distance focale. E. Dans une réfraction, les rayons incidents et rétractés se situent de part et d'autre de la normale et les 3 ne sont pas dans un même plan. F. Pour qu'il y ait réflexion totale interne, la lumière doit passer d'un milieu moins réfringent à un milieu plus réfringent. Rép. : Les énoncés faux sont : A,E,F A. …elle peut subir plus d'un phénomène à la fois. E. … et les 3 sont dans un même plan F. … plus réfringent à un milieu moins réfringent 4 points 2. Voici différents énoncés sur les images formées par les lentilles et les miroirs. Trouvez les énoncés qui sont faux et corrigez-les. A. Les images formées par une lentille divergente sont toujours droites, plus petites que l'objet et situées entre le foyer principal et le centre optique. B. Une image virtuelle est produite par l'intersection du prolongement, derrière la surface réfléchissante, de rayons lumineux réfléchis. C. L'image d'un objet situé au-delà de la distance focale d'une lentille convergente est droite et réelle. L'image d'un objet situé dans les limites de la distance focale est droite, virtuelle et plus petite que l'objet. D. Les signes utilisés dans les équations des miroirs sont : positifs pour les objets et les distances des images virtuelles : négatifs pour les objets et les distances des images réelles. E. Toutes les images formées par un miroir convexe sont plus grandes que l'objet, droites et virtuelles. Elles sont toutes situées entre le sommet et le foyer principal. F. Les caractéristiques d'une image sont sa grandeur, son sens et son type. Rép. : Les énoncés faux sont : C,D,E. C. … renversée et réelle… et plus grande que l'objet. D. … des images réelles… des images virtuelles. E. … plus petites que l'objet… 4 points Page 1 de 6 3. Associez le graphique avec le phénomène lumineux qu'il représente : A. B. air eau Rép. Réflexion Rép. Réfraction C. D. rouge violet Rép. Dispersion eau air Rép. Réflexion totale interne 4 points 4. L'œil humain est semblable à un appareil-photo. La cornée et le cristallin focalisent l'image sur la rétine. Certaines anomalies sont associées à des problèmes de vision. A. Qu'est-ce que l'hypermétropie? Anomalie de la vision se traduisant par la formation d'images en arrière de la rétine. B. Quel type de lentille permet de corriger ce défaut? Convergente.. C. Dessinez l'image d'un objet corrigé par ce type de lentille. Objet Image 6 points Page 2 de 6 5. Un rayon lumineux jaune traverse un prisme équilatéral en verre crown (n=1,517). L'angle d'incidence formé par le rayon lumineux jaune et la normale est de 35. Calculez l'angle de réfraction à la sortie du prisme. n1sinθ1=n2sinθ2 A. 90-22.2=67.80 n1sinθ1=n2sinθ2 1sin35=1.517sinθ2 B. 60+67.8+θ=1800 1.517sin37.8=1sinθ2 22.20=θ2 θ=52.20 68.40=θ2 0 C. 90-θ1=52.2 θ1=37.80 6 points 6. Quels sont les énoncés vrais? A. La lumière infrarouge et ultraviolette sont des rayonnements situés au-delà des 2 extrémités du spectre visible. B. Les infrarouges et ultraviolets ne sont pas essentiels à la vie humaine. C. Les couleurs primaires sont le rouge, le bleu et le vert. D. La combinaison du vert et du rouge donne le magenta. E. La couleur bleue est plus énergétique que la couleur rouge. A,C et E 4 points Rép. : 7. Tracez les images et donnez les caractéristiques. A. Virtuelle, droite, plus petite que l'objet et de l'autre côté du miroir. A. image objet B. F C Réelle, renversée, plus grande que l'objet et du même côté du miroir. image B. C F 8 points 8. Tracez les images et donnez les caractéristiques. A. Virtuelle, droite, plus grande que l'objet et du même côté de la lentille. image A. C F F C Page 3 de 6 B. Virtuelle, droite, plus petite que l'objet et du même côté de la lentille. C F image F C 8 points 9. Servez-vous d'un diagramme de propagation des rayons pour illustrer l'ombre (éclipse totale) et la pénombre (éclipse partielle) qui se forment au cours d'une éclipse de soleil. pénombre Soleil Lune ombre Terre pénombre 6 points 10 A. L'angle critique du verre dont l'indice de réfraction est de 1,53 est-il supérieur ou inférieur à celui du verre ayant un indice de réfraction de 1,60? n=1,53 et n=1,60. Celui qui a le plus grand indice (1,60), a un angle critique plus petit que l'autre. B. Si le milieu dans lequel la lumière passe est l'air, quel est l'angle critique correspondant aux 2 types de verre utilisés à la question précédente? n1sinθ1=n2sinθ2 n1sinθ1=n2sinθ2 1,53sinθ1=1sin90 1,60sinθ1=1sin90 θ1=40,80 θ1=38,70 6 points 11. Deux lentilles sont juxtaposées. La première a une vergence de 2.5 dioptries. La vergence de la combinaison est de 4,0 dioptries. Trouvez la distance focale de la deuxième. De quel type de lentilles s'agit-il? c=2.5 dioptries. CT=C1+C2 C2=1/f2 Ce sont des lentilles convergentes 4=2.5+C2 1.5=1/f2 1.5=C2 0.66m=f2 4 points Page 4 de 6 12. Dans cette illustration, quel œil ou quels yeux verraient l'image dans le miroir de l'objet? 1, 3, 4. 2 obstacle opaque 3 objet 4 1 miroir objet 6 points 13. Dans son rétroviseur extérieur convexe, dont la distance focale est de 60 cm, un camionneur voit l'image d'une voiture dépassant son camion. Si la voiture a 1,5 m de haut et se trouve à une distance de 6 m, quelle est la hauteur et la position de l'image? f=-60 cm=0.6 m 1/f=1/do+1/di Hi/Ho=di/do Ho=1.5 m 1/-0.6=1/6+1/di Hi/1.5=-0.545/6 do=6 m 1/-0.6-1/6=1/di Hi=-0.136 m Hi=? -0.54 m=di di=? 6 points 14. Un plongeur sous-marin regarde vers le haut à la surface de l'eau et sa ligne de vision forme un angle de 25O par rapport à la normale à la surface de l'eau. Quel est l'angle d'incidence de l'air des rayons lumineux qui atteignent l'œil du plongeur? n1sinθ1=n2sinθ2 1sinθ1=1.33sin25 θ1=34.2 6 points Page 5 de 6 15. Dans un microscope, l'image est formée par 2 lentilles convergentes. L'image réelle, formée par la première lentille (l'objectif) est ensuite utilisée à titre d'objet par la deuxième lentille (l'oculaire) pour créer une image virtuelle plus grande. En vous servant des données suivantes, calculez la position et la grandeur de l'image finale créée par les 2 lentilles : l'objet mesure 1 cm et est placé à 2,5 cm de l'objectif ( f=2 cm); l'oculaire est à 12 cm de l'objectif et sa distance focale est de 2,3 cm. Tout d'abord, Ho=1 cm 1/f=1/do+1/di Hi/Ho=di/do f=2 cm 1/2=1/2.5+1/di Hi/1=10/2.5 do=2.5 cm 1/2-1/2.5=1/di Hi=4 cm di=? 10 cm=di Hi=? Ensuite, f=2.3 cm Ho=4 cm do=12 cm-10 cm=2 cm di=? Hi=? 1/f=1/do+1/di 1/2.3=1/2+1/di 1/2.3-1/2=1/di -15.34 cm=di Hi/Ho=di/do Hi/4=-15.34/2 Hi=-30.7 cm 8 points 16. 17. 18. Expliquez (à l'aide de 2 exemples) ce que la découverte de la réflexion totale interne a permis de faire comme réalisations technologiques. 1. A permis la construction de périscope utilisé dans les sous-marins. 2. A permis la découverte de la fibre optique qu'on peut utiliser en médecine ou dans les télécommunications. 3. A permis la fabrication de jumelles à prismes qui sont plus courtes que les jumelles ordinaires mais qui offrent le même grandissement. 6 points Expliquez brièvement le fonctionnement d'un sextant. Le sextant utilise la réflexion pour estimer la hauteur d'un astre à partir d'un navire. Les rayons provenant de l'astre pénètre dans la lunette de visée après une double réflexion (première, miroir mobile et deuxième , miroir fixe). En pivotant le miroir mobile, on ajuste de façon à voir l'image de l'astre sur l'horizon. La lecture de l'alidade donne la latitude en degrés. 4 points Mentionnez 2 changements sociaux qui sont dus au développement d'instruments d'optique. A. Explique les phénomènes naturels inexpliqués. B. Connaissance du monde agrandie. C. Règle les problèmes de la vue. D. Système solaire héliocentrique. E. Médecine : analyse de sang au microscope 4 points / 100 Page 6 de 6